用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶窗的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶窗。一個靶窗包括呈堆疊布置的多個箔部件。箔部件具有側(cè)面，并且其中，至少一個箔部件的側(cè)面接合至少一個其它箔部件的側(cè)面。另外，至少兩個箔部件由不同的材料形成。
【專利說明】用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶窗

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開的主題大體涉及同位素產(chǎn)生系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶窗。

【背景技術(shù)】
[0002]放射性同位素(也稱為放射性核素)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)治療、成像和研究中，以及與醫(yī)學(xué)不相關(guān)的其他應(yīng)用中。產(chǎn)生放射性同位素的系統(tǒng)典型地包括粒子加速器，諸如回旋加速器，其具有磁軛，磁軛包圍加速室。可在加速室內(nèi)產(chǎn)生電場和磁場，以使帶電粒子加速和沿著極之間的螺旋狀軌道引導(dǎo)帶電粒子。為了產(chǎn)生放射性同位素，回旋加速器形成帶電粒子射束，并且將粒子射束引導(dǎo)出加速室且引導(dǎo)向具有靶材料(也稱為原始材料)的靶系統(tǒng)。粒子射束入射到靶材料上，從而產(chǎn)生放射性同位素。
[0003]在這些同位素產(chǎn)生系統(tǒng)(諸如正電子發(fā)射斷層掃描(PET)回旋加速器)中，靶窗設(shè)置在靶系統(tǒng)的高能量粒子進(jìn)入側(cè)和靶材料側(cè)之間。靶窗需要能夠在高壓力和高溫度的狀況下不破裂。傳統(tǒng)的系統(tǒng)典型地使用哈氏合金(Havar)箔來形成這個窗。但是，哈氏合金箔會激活長壽命放射性同位素。對于某些靶類型，特別是水靶，靶介質(zhì)直接接觸箔，并且長壽命放射性同位素轉(zhuǎn)移到靶介質(zhì)上。在注射到患者體內(nèi)之前，通常處理靶介質(zhì)，這會移除這些同位素，但是在一些應(yīng)用中，這些同位素將注射到患者體內(nèi)，這可對患者有害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)各種實施例，提供一種用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶窗，其包括呈堆疊布置的多個箔部件。箔部件具有側(cè)面，并且其中至少一個箔部件的側(cè)面接合至少一個其它箔部件的側(cè)面。另外，至少兩個箔部件由不同的材料形成。
[0005]根據(jù)其它各種實施例，提供了一種用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶，其包括本體，本體構(gòu)造成包圍靶材料，并且具有用于帶電粒子射束的通路。靶還包括在高能量粒子進(jìn)入側(cè)和靶材料側(cè)之間的靶窗。靶窗包括呈堆疊布置的多個箔部件，其中多個箔部件中的不同箔部件的側(cè)面彼此接合。另外，多個箔部件中的至少兩個具有不同的材料屬性。
[0006]根據(jù)另外的其它實施例，提供了一種同位素產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括加速器，加速器包括磁軛且具有加速室。同位素產(chǎn)生系統(tǒng)還包括靶系統(tǒng)，其位于加速室附近或離加速室一距離，其中回旋加速器構(gòu)造成將粒子射束從加速室引導(dǎo)到靶系統(tǒng)。靶系統(tǒng)具有本體，其構(gòu)造成使靶材料和靶窗在本體內(nèi)保持在高能量粒子進(jìn)入側(cè)和靶材料側(cè)之間。靶窗包括呈堆疊布置的多個箔部件，其中多個箔部件中的不同箔部件的側(cè)面彼此接合，并且多個箔部件中的至少兩個具有不同的材料屬性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是示出根據(jù)各種實施例形成的靶窗的框圖。
[0008]圖2是根據(jù)一個實施例形成的靶窗的圖。
[0009]圖3是根據(jù)各種實施例的用于形成靶窗的方法的流程圖。
[0010]圖4是示出根據(jù)各種實施例形成的靶箔的不同的屬性的變化的曲線圖。
[0011]圖5是同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的框圖，可在其中實現(xiàn)根據(jù)各種實施例形成的靶窗。
[0012]圖6是用于根據(jù)各種實施例的靶系統(tǒng)的靶本體的透視圖。
[0013]圖7是圖6的靶本體的另一個透視圖。
[0014]圖8是圖6的靶本體的分解圖，其顯示了其中的構(gòu)件。
[0015]圖9是圖6的靶本體的另一個分解圖，其顯示了其中的構(gòu)件。

【具體實施方式】
[0016]當(dāng)結(jié)合附圖來閱讀時，將更好理解前述概述以及某些實施例的以下詳細(xì)描述。關(guān)于圖示出各種實施例的框圖，框不一定表示硬件之間的分隔。因而，例如，一個或多個框可實現(xiàn)在單個硬件塊或多個硬件塊中。應(yīng)當(dāng)理解，各種實施例不限于圖中顯示的布置和手段。
[0017]如本文使用，以單數(shù)形式闡述或前面有詞語〃 一個〃或〃 一種〃的元件或步驟應(yīng)當(dāng)理解為不排除多個所述元件或步驟，除非明確地闡述了這種排除。此外，對〃 一個實施例"的參照不意圖理解為排除存在也結(jié)合了所闡述的特征的額外的實施例。此外，除非明確有相反的陳述，"包括"或"具有"帶有特定屬性的元件或多個元件的實施例可包括不具有該屬性的額外的這樣的元件。
[0018]各種實施例提供用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的多部件靶窗，同位素產(chǎn)生系統(tǒng)諸如用于產(chǎn)生用于醫(yī)學(xué)成像(例如，正電子放射斷層掃描(PET)成像)的同位素。應(yīng)當(dāng)注意到，各種實施例可用于不同的類型的粒子加速器中，諸如回旋加速器或線性加速器。另外，各種實施例可用于與用于產(chǎn)生用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的同位素的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)不同的類型的放射性促動器系統(tǒng)中。通過實踐各種實施例，減少或消除了靶介質(zhì)(例如，水)中產(chǎn)生的長壽命同位素的量。應(yīng)當(dāng)注意，長壽命同位素大體為具有非常長的半期壽命(即長期保持放射性)的放射性同位素。在一些實施例中，長壽命同位素為具有幾個月或更長的半期壽命的同位素。在其它實施例中，長壽命同位素為具有幾年或更長的半期壽命的同位素。但是，也可提供具有更短或更長的半期壽命的長壽命同位素。
[0019]根據(jù)一些實施例，提供了靶窗組件，其包括多個箔(例如，兩個或更多個箔)。在各種實施例中，箔具有不同的屬性或特性。更具體而言，如圖1中顯示，可提供用于諸如同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶窗20，其包括多部件窗結(jié)構(gòu)22。例如，在一個實施例中，多部件窗結(jié)構(gòu)22由兩個箔部件24和26形成，以限定雙箔靶窗。但是，可如期望的那樣或需要的那樣提供額外的部件。另外，箔部件24和26的相對尺寸、厚度和材料可如期望的或需要的那樣和如本文更詳細(xì)地描述的那樣改變。
[0020]在各種實施例中，箔部件24和26為單獨的箔或部件，它們以貼靠的布置而對齊，如本文更詳細(xì)地描述的那樣。因而，箔部件24和26是分開來形成或離散的構(gòu)件或元件，它們在各種實施例中布置成堆疊的布置。例如，箔部件24和26可限定單獨的層，其中箔部件24和26中的一個箔部件的一個表面(例如，平坦面)或側(cè)面25以堆疊的或貼靠的布置接合箔部件24和26中的另一個箔部件的一個表面或側(cè)面27。
[0021]在示出的實施例中，箔部件24定位在同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的高能量粒子進(jìn)入側(cè)28上(例如，高能量粒子或其它粒子在這一側(cè)進(jìn)入靶窗20)，并且箔部件26定位在同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶材料側(cè)30上，在各種實施例中，靶材料為水靶。如可看到的那樣，由于在高能量粒子進(jìn)入側(cè)28上的真空力和在靶材料側(cè)30上的壓力，存在從靶材料側(cè)30到高能量粒子進(jìn)入側(cè)28的壓力(P箭頭所示)。例如，在一個實施例中，在靶材料側(cè)30上的壓力是高能量粒子進(jìn)入側(cè)28上的力的5-30倍。應(yīng)當(dāng)注意到，高能量粒子進(jìn)入側(cè)28在不同的系統(tǒng)中可以不同的方式構(gòu)造。例如，除了其它構(gòu)造之外，高能量粒子進(jìn)入側(cè)28的構(gòu)造可為真空側(cè)或真空和氦側(cè)。
[0022]在各種實施例中，基于期望的或需要的屬性或特性來選擇形成箔部件24和26的材料。例如，在一些實施例中，箔部件24由提供需要的強度的材料形成，以抵抗高壓力和高溫度狀況，諸如由可熱處理的鈷基合金(諸如哈氏合金)的合金盤。在一個實施例中，例如，箔部件24具有至少100MPa(兆帕斯卡)的抗拉強度。在一些實施例中，箔部件26由具有特定特性(諸如最大程度地減少長壽命放射性同位素轉(zhuǎn)移到靶介質(zhì))的材料或包括與靶介質(zhì)接觸的化學(xué)惰性材料(諸如鈮材料)形成。但是，可使用其它材料，例如，鈦或鉭。因而，在一個實施例中，一個箔部件(即箔部件24)為多部件窗結(jié)構(gòu)22提供強度，以抵抗真空力，而另一個箔部件(即箔部件26)減少長壽命同位素的產(chǎn)生。在這個實施例中，箔部件24定位成朝向高能量粒子進(jìn)入側(cè)28或定位在高能量粒子進(jìn)入側(cè)28上，并且箔部件26定位成朝向靶材料側(cè)30或定位在靶材料側(cè)30上。
[0023]應(yīng)當(dāng)注意到，可基于特定屬性或特性而使用或選擇不同的材料，這可包括額外的箔部件。例如，為了提供散熱或傳熱，部件24和26中的一個或額外的部件由鋁或其它散熱或傳熱材料形成，諸如銅?？商砑愉X部件(或其它散熱或傳熱部件)，在一個實施例中，其可定位在第一和第二部件24和26之間，諸如在哈氏合金和鈮部件之間。但是，在其它實施例中，箔部件可以不同的方式堆疊。還應(yīng)當(dāng)注意到，不同的部件可布置或堆疊成基于部件的特定屬性或特性獲得期望的或需要的總屬性。因而，在一個實施例中，哈氏合金材料提供強度，鈮材料提供化學(xué)惰性屬性，并且由鋁材料形成的可選的部件提供熱屬性，諸如散熱。但是，在其它實施例中，使用較高強度的材料，其可為哈氏合金、具有類似于哈氏合金的屬性的材料或具有不同于哈氏合金的屬性的材料。在另外的其它實施例中，未提供較高強度的箔部件。例如，在一個實施例中，未提供哈氏合金箔部件。除了使用的材料之外，可諸如基于系統(tǒng)的能量或其它參數(shù)改變部件的厚度。
[0024]在各種實施例中，基于關(guān)注的特定參數(shù)來形成或構(gòu)造不同的箔部件。例如，一些屬性可包括:
導(dǎo)熱率；
抗拉強度；
化學(xué)活性(惰性)；
材料經(jīng)歷的能量衰變屬性；
放射激活性；和/或熔點。
[0025]因此，可以不同的順序形成或堆疊不同的部件，以獲得不同的屬性或特性。
[0026]箔部件24和26可構(gòu)造成具有不同的形狀或尺寸。例如，箔部件24和26可為箔盤，其以堆疊的布置對齊，如圖2中顯示，圖2還示出了可選的部件38，例如，鋁部件。箔部件24和26大體以堆疊的或夾心的布置對齊，并且通過高能量粒子進(jìn)入側(cè)28和靶材料側(cè)30之間的壓力差抵靠著諸如框架32而保持就位。框架大體包括通過其中的開口 34，其與箔部件24和26—起限定靶窗20。因此，較高壓力側(cè)箔在圖1中示出為箔部件26，其壓靠在較低壓力側(cè)箔上，較低壓力側(cè)箔在圖1中示出為箔部件24，箔部件24壓靠在框架32上，諸如框架32的支承區(qū)域36 (例如，緣邊)上。因此，箔部件24為箔部件26提供后部支承結(jié)構(gòu)。
[0027]箔部件24和26以及部件38可具有不同的厚度。例如，在一個實施例中，箔部件24由哈氏合金形成，并且具有大約5-200微米(微米)(例如，25-50微米)的厚度，并且箔部件26由鈮形成，并且具有大約5-200微米(例如，5-20微米，諸如10微米)的厚度。在一個實施例中，如果包括可選的部件38，則部件38由鋁形成且具有大約50-300微米的厚度。但是，可如期望的或需要的那樣改變厚度，例如，這取決于系統(tǒng)產(chǎn)生的能量。例如，在一些實施例中，例如基于系統(tǒng)的能量，各種箔部件的厚度范圍為大約5微米至大約300微米，如另外期望的或需要的那樣。但是，箔部件可具有更大或更小的厚度，例如，高達(dá)400微米或更大。箔部件也可具有相同或不同的厚度。
[0028]另外，可改變各種部件的材料成分，例如，箔部件24和26。例如，箔部件24和26可由材料的組合形成，諸如用以提供某些屬性或特性的復(fù)合材料，以及不同的合金。作為另一個示例，箔部件24和26可由具有不同的晶粒大小的材料形成。另外，兩個或更多個部件可由相同材料形成，或者單個部件可由具有相同或不同的材料的不同的子部件形成。
[0029]圖3中顯示形成根據(jù)各種實施例的靶窗的方法50。可例如在同位素產(chǎn)生系統(tǒng)中使用靶窗，同位素產(chǎn)生系統(tǒng)具有用來產(chǎn)生一種或多種放射性同位素(例如，13N-氨)的粒子加速器。方法50包括在52處提供第一靶箔。第一靶箔提供一種或多種屬性或特性，諸如特定抗拉強度和熔點。例如，在一個實施例中，可使用鈷基合金箔，諸如哈氏合金。在各種實施例中，第一靶部件具有至少100MPa的抗拉強度和至少1200攝氏度的熔點。但是，在其它實施例中，可使用具有更高或更低的抗拉強度或熔點的材料。
[0030]方法50還包括在54處提供一個或多個靶箔。至少一個額外的靶箔具有不同于第一靶箔的屬性或特性，諸如不同的關(guān)注屬性。例如，在一個實施例中，第二靶箔由化學(xué)惰性材料形成，諸如鈮。還可提供額外的靶箔，諸如具有散熱屬性的箔，例如，鋁箔。
[0031]可基于不同的參數(shù)來確定不同的箔的厚度，諸如同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的能量或總期望屬性。另外，如果部件由合金或復(fù)合材料形成，則也可改變不同的材料的量。在各種實施例中，可基于不同的關(guān)注參數(shù)來確定或選擇各個箔的材料，如本文更詳細(xì)地描述的那樣。
[0032]方法50進(jìn)一步包括在56處以確定的順序?qū)R或堆疊靶箔。例如，如本文更詳細(xì)地論述的那樣，箔可堆疊成提供單獨的或總屬性，以結(jié)合特定同位素產(chǎn)生系統(tǒng)來使用。如圖4的曲線圖60和66中顯示，曲線圖60中的曲線62和64示出的材料的厚度和曲線圖66中的曲線68和70所示出的材料的厚度可影響箔的一個或多個屬性。另外，當(dāng)堆疊箔時，曲線圖72示出的總屬性可受形成各個箔的組合材料的厚度影響，如曲線74所示出。因此，使用曲線圖60、66和72，可針對各個箔確定期望的厚度。針對箔部件使用不同的材料和不同的厚度的組合，可限定特定屬性。另外，使用不同的組合，并且在一個實施例中，提供了至少一個意外的總屬性，諸如具有用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)中的抗拉強度同時幾乎完全減少在靶材料(例如，水)中的長壽命同位素的靶窗。應(yīng)當(dāng)注意到，對于一些屬性或材料，各個屬性的不同組曲線圖用來提供期望的或需要的屬性，但是不使用總屬性曲線圖。
[0033]方法50然后包括在58處將多箔靶窗定位或定向在同位素產(chǎn)生系統(tǒng)中。例如，如本文更詳細(xì)地描述，一個箔可定位成朝向高能量粒子進(jìn)入側(cè)，而另一個箔可定位成朝向靶材料側(cè)。
[0034]根據(jù)各種實施例形成的靶窗可用于不同的類型和構(gòu)造的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)中。例如，圖5為根據(jù)各種實施例形成的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)100的框圖，其中，可提供多箔靶窗。系統(tǒng)100包括回旋加速器102,其具有若干個子系統(tǒng),包括離子源系統(tǒng)104、電場系統(tǒng)106、磁場系統(tǒng)108和真空系統(tǒng)110。在回旋加速器102的使用期間，帶電粒子通過離子源系統(tǒng)104置于回旋加速器102內(nèi)或噴射到回旋加速器102中。磁場系統(tǒng)108和電場系統(tǒng)106產(chǎn)生相應(yīng)的場，它們彼此協(xié)作而產(chǎn)生帶電粒子的粒子射束112。
[0035]還在圖5中顯示，系統(tǒng)100具有抽取系統(tǒng)115和靶系統(tǒng)114，靶系統(tǒng)114包括靶材料116(例如，水)。靶系統(tǒng)114可定位在回旋加速器102的加速室內(nèi)部、附近或離加速室一距離。為了產(chǎn)生同位素，粒子射束112被回旋加速器102沿著射束傳輸路徑或射束通道117引導(dǎo)通過抽取系統(tǒng)115且引導(dǎo)到靶系統(tǒng)114中，使得粒子射束112入射到位于對應(yīng)的靶位置120處的靶材料116上。當(dāng)用粒子射束112輻射靶材料116時，可產(chǎn)生來自中子射線和伽馬射線的輻射，其穿過靶窗20 (在圖1中顯示)。
[0036]應(yīng)當(dāng)注意到，在一些實施例中，回旋加速器102和靶系統(tǒng)114未分開一空間或間隙(例如，分開一距離)和/或不是單獨的部件。因此，在這些實施例中，回旋加速器102和靶系統(tǒng)114可形成單個構(gòu)件或部件，使得在構(gòu)件或部件之間不提供射束通道117。
[0037]系統(tǒng)100可具有一個或多個端口，例如，一個至十個端口，或更多。具體而言，當(dāng)定位一個或多個靶材料116時，系統(tǒng)100包括一個或多個靶位置120 (在圖5中示出具有一個靶材料116的一個位置120)。如果提供多個位置120，則移位裝置或系統(tǒng)(未顯示)可用來相對于粒子射束112移動靶位置，使得粒子射束112入射到不同的靶材料116上。在移位過程期間，還可保持真空。備選地，回旋加速器102和抽取系統(tǒng)115不可沿著僅一個路徑引導(dǎo)粒子射束112，而是可針對各個不同的靶位置120沿著與別個不同的路徑引導(dǎo)粒子射束112(如果提供的話)。此外，射束通道117可從回旋加速器102到靶位置120為基本線性的，備選地，射束通道117可在沿著其的一個或多個點處彎曲或轉(zhuǎn)向。例如，定位在射束通道117旁邊的磁體可構(gòu)造成使粒子射束112沿著不同的路徑改向。應(yīng)當(dāng)注意到，可能結(jié)合了使用較小的能量或射束電流的較小的回旋加速器來描述各種實施例，但是可結(jié)合具有較高能量或射束電流的較大的回旋加速器來實施各種實施例。
[0038]具有一個或多個子系統(tǒng)的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)和/或回旋加速器的示例描述在美國專利 N0.6，392，246、N0.6，417，634、N0.6，433，495 和 N0.7，122，966 以及美國專利申請公開 N0.2005/0283199 中。還在美國專利 N0.5，521，469、N0.6，057，655、N0.7，466，085和N0.7, 476, 883中提供額外的示例。此外，可用于本文描述的實施例的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)和/或回旋加速器還在共同未決的美國專利申請N0.12/492，200、N0.12/435,903、N0.12/435，949 和 N0.12/435，931 中描述。
[0039]系統(tǒng)100構(gòu)造成產(chǎn)生放射性同位素(也稱為放射性核素)，其可用于醫(yī)學(xué)成像、研究和醫(yī)療中，而且還可用于與醫(yī)學(xué)不相關(guān)的其它應(yīng)用中，諸如科學(xué)研究或分析。當(dāng)用于醫(yī)學(xué)目的時，諸如在核類藥物(NM)成像或PET成像中，放射性同位素也可稱為示蹤劑。作為示例，系統(tǒng)100可產(chǎn)生質(zhì)子，以制造不同的同位素。另外，系統(tǒng)100還可產(chǎn)生中子或氘核，以便例如產(chǎn)生不同的氣體或帶標(biāo)記水。
[0040]應(yīng)當(dāng)注意到，各種實施例可結(jié)合具有帶任何能量水平的粒子的系統(tǒng)來實現(xiàn)，如期望的或需要的那樣。例如，各種實施例可實現(xiàn)在具有任何類型高能粒子的系統(tǒng)中，諸如結(jié)合具有加速器的系統(tǒng)實現(xiàn)，加速器使用非常重的特定原子來加速。
[0041]在一些實施例中，系統(tǒng)100使用1!1_技術(shù)且利用大約1-200 uA的射束電流使帶電粒子到達(dá)低能量(例如，大約16.5MeV)。在這樣的實施例中，負(fù)氫離子被加速且被引導(dǎo)通過回旋加速器102且進(jìn)入抽取系統(tǒng)115中。負(fù)氫離子然后可撞擊抽取系統(tǒng)115的剝離箔(未顯示圖4)上，從而移除一對電子，并且使粒子為正離子1H+。但是，在備選實施例中，帶電粒子可為正離子諸如1H^2H+和3He+。在這樣的備選實施例中，抽取系統(tǒng)115可包括靜電偏轉(zhuǎn)器，其產(chǎn)生電場，電場將粒子射束引導(dǎo)向靶材料116。應(yīng)當(dāng)注意到，各種實施例不限于用于較低能量系統(tǒng)中，而是可用于較高能量系統(tǒng)中，例如，高達(dá)25MeV和更高的能量或射束電流。例如，射束電流可為大約5μ A至超過大約200 μ A。
[0042]系統(tǒng)100可包括冷卻系統(tǒng)122，其將冷卻或工作流體傳輸?shù)讲煌南到y(tǒng)的各種構(gòu)件，以便吸收相應(yīng)的構(gòu)件產(chǎn)生的熱。系統(tǒng)100還可包括控制系統(tǒng)118，其可由技術(shù)人員用來控制各種系統(tǒng)和構(gòu)件的操作?？刂葡到y(tǒng)118可包括一個或多個用戶接口，其位于回旋加速器102和靶系統(tǒng)114附近或遠(yuǎn)處。雖然未在圖5中顯示，但是系統(tǒng)100還可包括用于回旋加速器102和靶系統(tǒng)114的一個或多個輻射和/或磁護(hù)罩，如下面更詳細(xì)地描述的那樣。
[0043]系統(tǒng)100可以預(yù)先確定的量或批量產(chǎn)生同位素，諸如用于醫(yī)學(xué)成像或醫(yī)療中的單獨的劑量。因此，可提供具有不同的活性水平的同位素。但是，可以不同的量和不同的方式產(chǎn)生同位素。例如,各種實施例可提供大的同位素產(chǎn)量,使得產(chǎn)生較大的量的同位素,并且而然后分配特定的量或單獨的劑量。
[0044]系統(tǒng)100可構(gòu)造成使得帶電粒子加速到預(yù)先確定的能量水平。例如，本文描述的一些實施例將帶電粒子加速到大約18MeV或更低的能量。在其它實施例中，系統(tǒng)100使帶電粒子加速到大約16.5MeV或更低的能量。在特定實施例中，系統(tǒng)100使帶電粒子加速到大約9.6MeV或更低的能量。在更特定的實施例中，系統(tǒng)100將帶電粒子加速到大約8MeV或更低的能量。其它實施例使帶電粒子加速到大約18MeV或更高的能量，例如，20MeV或25MeV。在另外的其它實施例中，帶電粒子可加速到大于25MeV的能量。
[0045]靶系統(tǒng)114包括在靶本體300內(nèi)的多箔靶窗，如圖6至9中示出。在圖6和7中顯示為組裝好(并且在圖8和9中以分解圖顯示)的靶本體300由若干構(gòu)件(示出為三個構(gòu)件)形成，從而限定靶本體300的外部結(jié)構(gòu)。具體而言，本體300的外部結(jié)構(gòu)由殼體部分302 (例如，前部殼體部分或凸緣)、殼體部分304 (例如，冷卻殼體部分或凸緣)和殼體部分306 (例如，后部殼體部分或凸緣組件)形成。殼體部分302、304和306可為例如子組件，其使用任何適當(dāng)?shù)木o固件固定在一起，緊固件示出為多個螺釘308，它們各自具有對應(yīng)的墊圈310。殼體部分302和306可為端部殼體部分，而殼體部分304為中間殼體部分。殼體部分302,304和306形成密封的靶本體300，其在殼體部分306的前部表面上具有多個端口 312，在示出的實施例中，端口用作氦和水入口和出口，它們可連接到氦和水供應(yīng)(未顯示)上。另外，額外的端口或開口 314可設(shè)置在靶本體300的頂部部分和底部部分上。可提供開口314來將配件或端口的其它部分接收在其中。
[0046]如下面所描述，在靶本體300內(nèi)提供用于帶電粒子的通路，例如，用于可進(jìn)入靶本體的質(zhì)子射束的路徑，如圖8中箭頭P所示出。帶電粒子從用作粒子路徑入口的管狀開口319行進(jìn)通過靶本體300，到達(dá)腔體318 (如圖8中顯示)，腔體318為帶電粒子的最終終點。在各種實施例中，腔體318填充了水，例如，大約2.5毫升(ml)的水，從而為經(jīng)輻射的水(H218O)提供位置。在另一個實施例中，使用了大約4毫升的H2160。腔體318限定在由例如鈮材料形成的本體320內(nèi)，本體320具有腔體322，腔體322在一個面上具有開口。本體320包括頂部和底部開口 314，以例如將配件接收在其中。
[0047]應(yīng)當(dāng)注意到，在各種實施例中，腔體318填充有不同的液體或氣體。在另外的其它實施例中，腔體318可填充有固體靶，其中被輻射的材料例如為適于產(chǎn)生某些同位素的材料形成的固定板本體。但是，應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)使用固體靶或氣體靶時，提供了不同的結(jié)構(gòu)或設(shè)計。
[0048]本體320在殼體部分306和殼體部分304之間，在殼體部分306附近的密封環(huán)326 (例如，O形環(huán))和多箔部件328之間對齊，多箔部件328為諸如靶窗20 (顯示在圖1和2中)，例如盤，盤具有由可熱處理的鈷基合金(諸如哈氏合金)形成的一個箔部件，以及在殼體部分304附近的由化學(xué)惰性材料(諸如鈮)形成的另一個箔部件。應(yīng)當(dāng)注意到,殼體部分306還包括腔體330，其形狀和尺寸設(shè)置成將密封環(huán)326和本體320的一部分接收在其中。另外，殼體部分306包括腔體332，其尺寸和形狀設(shè)置成將多箔部件328的一部分接收在其中。多箔部件328可包括密封邊界336 (例如，赫里可弗雷斯材料(Helicoflex)邊界)，其構(gòu)造成配合在本體320的腔體322內(nèi)，并且多箔部件328還與通往通過殼體部分304的通道的開口 338對齊。
[0049]另一個箔部件340可選地設(shè)置在殼體部分304和殼體部分302之間。箔部件340可為類似于多箔部件328的盤或在一些實施例中可包括僅單個箔部件。箔部件340與殼體部分304的開口 338對齊，殼體部分304具有圍繞開口 338的環(huán)形緣邊342。密封件344、與殼體部分302的開口 348對齊的密封環(huán)346和配合到殼體部分302的緣邊352上的密封環(huán)350設(shè)置在箔部件340和殼體部分302之間。應(yīng)當(dāng)注意到，可提供更多或更少的箔部件或箔部件。例如，在一些實施例中，包括僅箔部件328，并且不包括箔部件340。因此，各種實施例構(gòu)想到不同的箔布置。
[0050]應(yīng)當(dāng)注意到，箔部件328和340不限于盤形或圓形，而是可設(shè)置成不同的形狀、構(gòu)造和布置。例如，一個或多個箔部件328和340或額外的箔部件可為正方形形狀、長方形形狀或橢圓形形狀等。而且，還應(yīng)當(dāng)注意到，箔部件328和340不限于由本文描述的特定材料形成。
[0051]如可看到的那樣，多個銷354接收在各個殼體部分302、304和306中的開口 356內(nèi)，以使這些構(gòu)件在組裝好靶本體300時對齊。另外，多個密封環(huán)358與殼體部分304的開口 360對齊，以在其中接收螺釘308，螺釘固定在殼體部分302的孔口 362 (例如，帶螺紋孔口)內(nèi)。
[0052]在運行期間，在質(zhì)子射束通過靶本體300從殼體部分302傳送到腔體318中時，箔部件328和340可劇烈地激活(例如，在其中引起放射性)。具體而言，箔部件328和340可為例如薄(例如，5-400微米)箔合金盤，其使加速器且具體而言加速器室的內(nèi)部的真空與腔體322中的水隔離開。箔部件328和340還允許冷卻氦傳送通過其中和/或傳送在箔部件328和340之間。應(yīng)當(dāng)注意到，箔部件328和340在各種實施例中具有允許質(zhì)子射束傳送通過其中的厚度，這導(dǎo)致箔部件328和340變得高度地被輻射且保持激活。
[0053]應(yīng)當(dāng)注意到，殼體部分302、304和306可由同一材料，不同的材料或不同的量或組合的同一或不同的材料形成。
[0054]本文描述的實施例不意圖限于產(chǎn)生放射性同位素以用于醫(yī)學(xué)用途，而是還可產(chǎn)生其它同位素且使用其它靶材料。而且各種實施例可結(jié)合具有不同的定向(例如，沿豎向或水平地定向)的不同種類的回旋加速器以及不同的加速器(諸如線性加速器或激光誘導(dǎo)加速器，而非螺旋加速器)來實現(xiàn)。此外，本文描述的實施例包括制造上面描述的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)、祀系統(tǒng)和回旋加速器的方法。
[0055]要理解的是，以上描述意于為示例性的而非限制性的。例如，上面描述的實施例(和/或其方面)可彼此組合起來使用。另外，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可作出許多改良，以使特定的情形或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)。雖然本文描述的材料的尺寸和類型意于限定各種實施例的參數(shù)，但是各種實施例決不是限制性，而是示例性實施例。在審閱以上說明之后，許多其它實施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，應(yīng)參照所附權(quán)利要求以及這樣的權(quán)利要求被賦予的等效物的完整范圍來確定各種實施例的范圍。在所附權(quán)利要求中，用語“包括”和“其中”被用作相應(yīng)的用語“包含”和“其中”的通俗易懂的等效物。此外，在所附權(quán)利要求中，僅使用用語“第一”、“第二”和“第三”等作為標(biāo)記，而不意于對它們的對象強加數(shù)字要求。另外，所附權(quán)利要求的限制不是以手段加功能的格式書寫的，并且不意于基于35 U.SC.§112的第六段來理解，除非且直到這樣的權(quán)利要求限制清楚地在沒有另外的結(jié)構(gòu)的功能的語句前面使用短語“意欲”。
[0056]本書面描述使用示例來公開各種實施例，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`各種實施例，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結(jié)合的方法。各種實施例的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶窗，所述靶窗包括: 呈堆疊布置的多個箔部件，所述箔部件具有側(cè)面，其中， 所述箔部件中的至少一個的側(cè)面接合其它箔部件中的至少一個的側(cè)面，并且所述箔部件中的至少兩個由不同的材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶窗，其特征在于，所述多個箔部件包括第一和第二箔部件，它們是以貼靠布置而對齊的、分開來形成的部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶窗，其特征在于，所述多個箔部件包括由高強度材料形成的第一箔部件和由化學(xué)惰性材料形成的第二箔部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靶窗，其特征在于，所述第一箔部件為高能量粒子進(jìn)入側(cè)箔部件，而所述第二箔部件為靶材料側(cè)箔部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靶窗，其特征在于，所述第一箔部件由具有類似于哈氏合金的屬性的材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靶窗，其特征在于，進(jìn)一步包括第三箔部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靶窗，其特征在于，所述第三箔部件由導(dǎo)熱材料形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶窗，其特征在于，所述箔部件中的至少兩個具有不同的箔屬性。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的靶窗，其特征在于，所述箔屬性包括導(dǎo)熱率、抗拉強度、化學(xué)活性或惰性、能量衰變性、放射激活性和熔點。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶窗，其特征在于，所述箔部件中的至少兩個具有不同的箔屬性，并且所述多個箔部件布置成堆疊布置，以具有與所述箔部件的屬性不同的期望總屬性。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶窗，其特征在于，所述多個箔部件包括第一箔部件和第二箔部件，對于高達(dá)大約100微米的厚度，所述第一箔部件具有至少100MPa的抗拉強度，而所述第二箔部件由化學(xué)惰性金屬形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶窗，其特征在于，所述多個箔部件包括不由哈氏合金形成的箔部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶窗，其特征在于，所述多個箔部件中的一個包括由哈氏合金形成的箔部件。
14.一種用于同位素產(chǎn)生系統(tǒng)的靶，所述靶包括: 本體，其構(gòu)造成包圍靶材料，并且具有用于帶電粒子射束的通路；以及 在高能量粒子進(jìn)入側(cè)和靶材料側(cè)之間的靶窗，所述靶窗包括呈堆疊布置的多個箔部件，其中所述多個箔部件中的不同的箔部件的側(cè)面彼此接合，所述多個箔部件中的至少兩個具有不同的材料屬性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的靶，其特征在于，所述箔部件中的一個由較高強度材料形成，并且所述箔部件中的另一個由化學(xué)惰性材料形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的靶，其特征在于，由較高強度材料形成的箔部件朝向所述高能量粒子進(jìn)入側(cè)而定向，而由化學(xué)惰性材料形成的箔部件朝向所述靶材料側(cè)而定向。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的靶，其特征在于，包括三個箔部件，其中一個箔部件由導(dǎo)熱材料形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的靶，其特征在于，對于高達(dá)大約100微米的厚度，所述箔部件中的一個具有至少100MPa的抗拉強度，并且第二箔部件由化學(xué)惰性金屬形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的靶，其特征在于，所述多個箔部件中的一個包括由哈氏合金形成的箔部件。
20.—種同位素產(chǎn)生系統(tǒng),包括: 包括加速室的加速器；以及 靶系統(tǒng)，其位于所述加速室的內(nèi)部、附近或離所述加速室一距離，所述加速器構(gòu)造成將粒子射束從所述加速室引導(dǎo)到所述靶系統(tǒng)，所述靶系統(tǒng)具有本體，所述本體構(gòu)造成使靶材料和靶窗在所述本體內(nèi)保持在高能量粒子進(jìn)入側(cè)和靶材料側(cè)之間，所述靶窗包括呈堆疊布置的多個箔部件，其中所述多個箔部件中的不同的箔部件的側(cè)面彼此接合，所述多個箔部件中的至少兩個具有不同的材料屬性。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述箔部件中的一個由較高強度材料形成，而所述箔部件中的另一個由化學(xué)惰性材料形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，由較高強度材料形成的箔部件朝向所述高能量粒子進(jìn)入側(cè)而定向，而由化學(xué)惰性材料形成的箔部件朝向所述靶材料側(cè)而定向。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括三個箔部件，其中一個箔部件由導(dǎo)熱材料形成。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的同位素產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述多個箔部件中的一個包括由哈氏合金形成的箔部件。
【文檔編號】H05H6/00GK104206027SQ201380018275
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】J.O.諾爾林, K.格拉納思 申請人:通用電氣公司